Coin Metrics报告:以太坊Gas费为何如此高昂?

作者:Nate Maddrey and the Coin Metrics Team

翻译:李翰博

以太坊的应用正在以前所未有的速度增长。去中心化金融(DeFi)继续快速崛起,稳定币在全球范围内被采用,NFT正在成为日常话题。

以太坊的使用对网络的长期前景来说是一个很好的信号。但在短期内,它引起了一些成长的痛苦。在2021年初,以太坊交易费用已经飙升至新高。

作为背景,在2017/2018年牛市的高峰期,以太坊平均交易费达到了5.70美元。自2021年1月18日以来,以太坊平均交易费每天都超过5.70美元。今年大部分时间,交易费中位数都在10美元以上。

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来源:Coin Metrics网络数据图表

交易费用增长的部分原因是以太坊价格的大幅上涨。随着以太坊越来越值钱,以美元计算,交易费用也会越来越贵。但这也是因为网络拥堵导致的Gas费大幅上涨。

更加复杂的是,现在以太坊改进提案EIP 1559正式确定纳入即将到来的伦敦硬分叉,以太坊的收费结构将在今年7月发生变化

在这份报告中,我们将首先看看以太坊目前的收费机制,以及推动高收费的原因。然后我们会看看EIP-1559,以及它将如何改变以太坊未来的收费。

以太坊 GAS概述

要发送交易或与以太坊去中心化应用(dapp)互动,用户需要支付费用。以太坊费用通常被称为 Gas。类似于汽车需要汽油来运行,以太坊应用程序需要Gas才能执行。

Gas本质上是在以太坊上执行一个操作所需的计算工作量的衡量。更复杂的操作需要更多的Gas来运行,而相对简单的交易,如单个Token转移,则需要较少的Gas。最终,Gas 只是衡量交易费用的另一种方式。Gas费用以以太坊支付,以GWEI计价。GWEI只是以太坊的较小面额,类似于一分钱是一美元的较小面额。1个GWEI价值0.000000001以太坊。

目前决定每笔交易费用多少的因素有两个:Gas Cost和Gas Price

Gas Cost

不同的以太坊交易需要不同的计算量。像Token转账这样的简单交易,需要的Gas量相对较少。但更复杂的交易,比如需要多个智能合约交互的交易,则需要更多的Gas。例如,一个简单的以太坊转账需要21000个Gas。但在去中心化交易所执行一笔交易,可能需要10万Gas甚至更多。

“Gas limit “是指用户在单笔交易中愿意使用的最大Gas量。以太坊用户可以在发送交易时指定自己想要的Gas限额。然而,改变Gas limiti并不会改变执行操作所需的实际Gas量。Gas limit只是一种保障措施,保护用户免受可能试图在不知情的情况下使用大量Gas的dapp的影响。任何低于Gas limit的未使用的Gas都会返回到发送者的钱包中。然而,如果他们设置得太低,交易将不会被执行,但他们仍然会被收取费用。

自2020年1月以来,每笔交易的Gas呈下降趋势。这表明,交易复杂性的增加并不是高交易费的原因。

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Gas price

第二个Gas price。人们可以指定任何他们想要的Gas price,无论高低。

Gas price只决定了用户每使用一单位Gas所需支付的金额,并不会改变执行交易所需的Gas量。因此,在不同时间执行的完全相同的智能合约交互,根据使用的Gas price,可能会有迥异的Gas费用。这往往会导致混淆,特别是对于新用户来说。

Gas price也往往会出现波动,并且取决于对区块空间的需求。由于DeFi的兴起(和下降),平均Gas price在2020年夏天飙升至历史最高水平。去中心化交易、链上套利、收益率耕种和新Token推出的增长都促使交易优先权的竞争急剧上升,从而导致Gas价格不断攀升

2020年9月17日,在Uniswap意外的UNI Token空投后,平均价格达到峰值,超过500GWEI。2021年随着DeFi的持续飙升,Gas价格再次飙升,以太坊价格的大幅上涨也带来了新的交易者和投机者

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Gas拍卖

那么,既然用户可以选择支付最低Gas费,为什么还要选择支付高Gas费呢?简而言之,更高的Gas费会带来更快的交易确认

想象一下,一个公交车站,有成千上万的人在等待搭乘下一辆公交车。每隔15分钟左右就会有一辆新的公交车驶来,但每辆公交车只有50个座位。巴士上的座位被拍卖给出价最高的人。

如果至少有50人愿意支付1,000元上车,那么门票的价格就至少是1,000元。如果人们最多愿意支付10美元,那么价格将是10美元或更少。但如果你只有10元钱,而有几百个人愿意付1000元,你可能要等上一段时间才有能力上公交车。

不幸的是,在公交车站排队等候不一定会给你带来优势。如果不断有人出现愿意支付比你更多的钱,他们就会不断被优先考虑,即使你在那里等的时间更长。

这是以太坊Gas拍卖工作方式的一个略微简化的版本。以太坊区块大约每15秒就会被开采一次。每个以太坊区块都有一个最大尺寸,这限制了可以包含的数据量。目前的最大区块大小设定为12.5M Gas,上一次增加是在2020年7月。由于最大区块大小是以Gas为单位的,而不同的交易根据复杂程度有不同的Gas使用量,所以一个区块中可以包含的交易数量并没有一个一致的最大值。但平均而言,每个区块大约包含160-200笔交易。

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以太坊Gas费最终支付给以太坊矿工,矿工通过交易费和区块奖励(即新发行的以太坊)的组合获得收入。随着以太坊费用的激增,目前交易费用已经占到以太坊矿工收入的50%。

当开采一个新的区块时,矿工需要指定要包含哪些交易。由于最大区块大小的限制,每个区块只能包含有限的交易数量。所以矿工自然会优先考虑Gas费最高的交易,因为如果包含这些交易,他们会赚到更多的钱。

发送一个Gas费相对较高的交易会使矿工更有可能将其包含在下一个区块中,因为他们有动力去包含Gas费最高的交易。但不能保证它一定会被收录。如果有一定数量的用户愿意支付更高的Gas价格,那么这笔交易就不会得到确认,直到以后的区块

当区块持续满员时,这就更麻烦了。满区块会使Gas拍卖的强度升级,因为交易发送者都在竞拍稀缺的空间。自2020年夏季DeFi兴起以来,区块一直保持95%左右的满载或更多。2021年3月,区块平均满载率为97%-98%。

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多年来,区块Gas limit偶尔会被提高,这使得每个区块的交易量略微增加。但也有一些权衡,使其不能过于频繁地增加。Gas区块limit越大,以太坊区块链的状态增长越快。更大的区块链需要更多的节点运营商资源,这有利于更大规模的操作,并会损害网络的去中心化。

更加复杂的是,以太坊Gas price在区块与区块之间有很大的波动。有像ETH Gas Station这样的服务,会根据所需的确认速度推荐设定什么Gas费。但估计当前区块的Gas费可能很难,特别是在区块空间需求突然或意外升级的情况下。

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UNI空投和不断上升的需求

以太坊的Gas费上涨与DeFi的上涨相对应,DeFi仍然可能是高Gas费的最大贡献者。例如,Uniswap的UNI空投提供了一个小型案例研究,说明当对区块空间的需求突然增加时会发生什么。

在UTC时间9月17日00:13(美国东部时间9月16日8:13),Uniswap宣布空投他们的新UNI Token。突然间,成千上万的人赶到Uniswap上开始交易UNI。

Uniswap是以太坊上最大的去中心化交易所(DEX),他们的所有交易都是在链上执行的,这意味着每次交易发生时,都会向以太坊区块链发送一笔交易。这与Coinbase和Binance等中心化交易所形成鲜明对比,在这些交易所中,交易发生在链外,只有当用户需要存入或提取资金时才会发送交易。

Uniswap和其他DEX使用的链上交易有很多好处。但有一个缺点是,它会给Gas费带来上行压力。比别人更快地执行交易往往会带来直接的经济利益,因此许多DEX用户愿意支付高Gas费。

下图显示了UNI空投前后每个区块的Gas费。每个点代表单个区块的平均Gas price,以GWEI计价。每个点的颜色表示每个区块的交易费中位数,以美元为单位。随着Gas费的飙升,交易费中位数暂时达到12美元以上。

当UNI Token推出后,交易员们纷纷涌向Uniswap开始交易。这导致Gas费突然大涨,因为交易者争夺区块空间。在下图中可以看到UTC午夜(00:00)后不久,Gas价格突然垂直,并在接下来的24小时内保持提升。

如果你在午夜之前就发送了一笔200 GWEI Gas price的交易,根据过去12小时的平均Gas价格,你会期望它能比较快地被纳入一个区块。但是由于Gas价格的突然上涨,您的200 GWEI交易可能在一天或更长时间内都不会被包含在一个区块中,直到需求减弱和Gas价格最终回落。

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来源:Coin Metrics网络数据专业版

虽然像UNI这样规模的空投事件比较少见,但DeFi的应用和使用以许多其他方式造成了高Gas费其中一个特别大的原因是不同DEX之间的链上套利,这种套利通常由机器人执行。链上套利可能导致Gas价格上涨,因为机器人相互竞争,在机会消失之前成为第一个执行交易的人。

EIP-1559 & 以太坊的新Gas机制

经过大量的辩论,以太坊改进提案(EIP)1559已经被通过,将被纳入以太坊即将在今年夏天举行的伦敦硬分叉中。EIP-1559将从根本上改变以太坊的Gas机制。以太坊交易将有一个算法计算的基础费用,而不是用户指定的Gas price。它还将引入一个新的区块目标大小机制,其目的是让区块持续达到最大容量。

目标区块大小

EIP-1559将引入目标区块大小机制,而不是固定的最大区块大小,目标是将区块容量保持在50%。根据EIP-1559,最大区块大小将增加一倍,从12.5MGas增加到25MGas。但目标区块规模仍将保持在12.5M。

区块规模机制将通过调整基本费用来保持区块50%的满载率,具体说明如下:

基本费用

EIP-1559将引入一种以算法计算的价格(每单位Gas),称为基本费用。交易发送者必须支付基本费用,才能将其交易纳入一个区块。

基本费用将是前一个区块的函数,并根据区块的满度而增加或减少。如果前一个区块大于目标区块大小(即超过50%的满额度),基本费用就会增加。这种不断升级的基本费用最终会使部分用户的交易成本过高,减少拥堵,使区块满度回落至50%。相反,如果区块满度低于50%的目标,基本费用就会降低,使得发送交易的费用更低。

基础费用将有效地使Gas价格竞价系统自动化。基本费用将由协议本身计算,而不是依靠基于当前Gas价格估计的推荐Gas价格。

此外,基础费将不会被支付给矿工,而是被销毁。销毁的部分将永久地将其从供应中移除,有效地减少以太坊的整体供应。这将有利于以太坊的供应经济学,因为它将有效降低以太坊的供应膨胀。如果费用变得足够高,它甚至有可能使以太坊出现通货紧缩。

下图显示了以太坊目前的供应量与如果烧掉所有交易费用的供应量相比,总共约有3M 以太坊。这是对EIP-1559颁布后发生的情况的过度简化,因为只有基本费用会被烧掉,而不是小费。但它提供了一个关于EIP-1559推出后供应膨胀将如何减缓的想法。

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来源:Coin Metrics网络数据图表

但也遭到一些矿商的反对,因为这可能会减少他们的总体收入,至少在短期内是如此。经过激烈的争论,大多数主要矿池都认可了向EIP-1559的过渡,尽管很不情愿。

这种基本费用目标区块大小的机制将有望使区块长期低于最大容量,并防止以太坊区块链像目前一样堵塞。但如果需求足够高或突然升级,仍可能出现大多数区块最终几乎满仓的情况(至少在短时间内),类似于目前的Gas机制。 

小贴士

除了基本费用外,交易发送者还可以选择增加小费。小费直接支付给矿工,类似于目前的交易费。支付高额的小费将激励矿工在区块接近容量时优先进行交易

发送交易时,用户会设置一个费用上限。费用上限是发送者愿意支付的最高费用,包括基本费用和小费。如果费用上限低于基本费用,该交易将不会被包含在一个区块中。如果费用上限高于基本费用,差额将作为小费发给区块的矿工。

如果区块持续满员,小费的功能可能类似于当前的Gas机制,矿工会被激励纳入Gas价格高的交易。然而EIP-1559的目标区块大小机制将有望防止区块长期达到最大容量。

EIP-1559会降低Gas费吗?

EIP-1559会不会解决当今的高Gas费,让以太坊交易费大大降低?简短的答案是可能不会

高额的交易费用从根本上来说是一个可扩展性问题。如果以太坊每个区块只能处理几百笔交易(平均),那么只要dapp使用量不断增加,就会继续出现高费用。只要区块空间竞争激烈,Gas费格会持续高涨

虽然很可能无法解决高收费问题,但EIP-1559将有助于改善以太坊的用户体验,使费用更加可预测。EIP-1559应该有助于减少Gas费的差异,让用户更清楚地了解他们需要支付的实际费用。

但是,要想长期真正降低交易费用,将需要Layer2的扩展性解决方案,以及最终的以太坊 2.0。通过各种手段,可扩展性解决方案将增加每个区块可处理的交易量,这将有助于缓解导致高费用的拥堵。

在L2解决方案方面取得了很多进展,包括Optimism、Loopring和Immutable X等等。由于围绕EIP-1559的辩论,以太坊 2.0甚至可能比之前的计划更早到来。但大多数解决方案都有很多复杂的地方,将可扩展性解决方案纳入整个网络还需要时间。

结论

以太坊交易费用处于历史最高水平。DeFi的使用量和对区块空间的高度竞争导致了满区块和拥堵,从而推高了Gas费。EIP-1559将有助于改善以太坊的交易费用户体验,但它最终可能无法解决高Gas费问题。但以太坊可扩展性解决方案正在路上,这将是真正的长期解决方案,以降低交易费用。

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